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改變調(diào)節(jié)閥開度差解決軸瓦溫度過高問題

2010-04-22

作者：曠仲和
（華能電力開發(fā)公司廣東分公司）
　　【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；軸承負(fù)載；軸瓦溫度；調(diào)節(jié)閥開度；開啟順序
　　【摘　要】華能汕頭電廠1號汽輪機(jī)在額定參數(shù)和額定負(fù)荷下1號軸承的軸瓦溫度過高。主要原因是該軸承承受過大的負(fù)載，部分油膜減薄，引起瓦溫升高。能否通過改變調(diào)節(jié)閥開度差解決軸承瓦溫度過高問題?經(jīng)試驗(yàn)研究，證實(shí)了調(diào)節(jié)閥開度差與軸承溫度之間有關(guān)系。通過減小調(diào)節(jié)閥開度差，可降低軸承載荷，從而適當(dāng)增加油膜厚度，降低軸瓦溫度。在實(shí)踐中，采用了改變3號、4號調(diào)節(jié)閥開度差即調(diào)換3號、4號調(diào)節(jié)閥開啟順序的方法，使1號軸承溫度高的問題得到圓滿解決，花費(fèi)少，見效快。 
　　華能汕頭電廠1號汽輪機(jī)，容量300 MW，系俄羅斯產(chǎn)品，型號K-300-170-3，為單軸三缸三排汽亞臨界一次中間再熱凝汽式。汽輪機(jī)共5個(gè)軸承，除2號軸承為推力-支持聯(lián)合球面自位式滑動(dòng)軸承以外，其它軸承均為固定式滑動(dòng)軸承，所有軸瓦材料為錫基巴氏合金。在1996年底機(jī)組試運(yùn)期間，發(fā)現(xiàn)該機(jī)組1號軸承后部軸瓦溫度在額定參數(shù)和額定負(fù)荷下為95～102 ℃。其它軸承瓦溫都在75℃以下。后經(jīng)過對1號軸瓦中間泄油槽封堵了四分之一，增加了軸瓦承載面積，1號軸瓦溫度降到90～92 ℃，瓦溫依然過高。打開1號軸承檢查，發(fā)現(xiàn)該軸瓦后部有明顯的磨擦痕跡。  
　　導(dǎo)致該軸瓦溫度高的主要原因，是由于廠家在設(shè)計(jì)中既沒有考慮在該處采用適當(dāng)承載能力的自位式軸承，也沒有考慮到有關(guān)外部因素對軸承產(chǎn)生額外作用力、軸端轉(zhuǎn)角變化等影響，導(dǎo)致該軸承承受過大的負(fù)載，引起瓦溫升高。  
　　筆者曾對汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度差與軸承載荷與軸承溫度之間的關(guān)系進(jìn)行了理論探討，得知對于帶反動(dòng)度的汽輪機(jī)，其調(diào)節(jié)閥開度差(含開啟順序)除了對汽輪機(jī)蒸汽熱力性能及節(jié)流狀態(tài)有影響外，還與軸承載荷、轉(zhuǎn)軸撓度、軸端轉(zhuǎn)角、軸承油膜厚度及軸承溫度之間有關(guān)系，并且調(diào)節(jié)閥開度差與由其引起的作用在軸承上的附加載荷成正比關(guān)系(由于篇幅所限，在此不作贅述)。要解決因軸承設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)纫蛩匾疠S承溫度高及油膜振蕩問題，在一定范圍內(nèi)，可以通過改變調(diào)節(jié)閥開度差來減小該軸承的負(fù)載或比壓及軸端轉(zhuǎn)角入手。
　　1、調(diào)節(jié)閥開度差與軸承油膜厚度及軸承溫度之間關(guān)系
　　根據(jù)潤滑理論，對于動(dòng)壓式滑動(dòng)軸承，如果軸承負(fù)載過輕，軸承油膜過厚，油膜容易失穩(wěn)而發(fā)生油膜振蕩；如果軸承負(fù)荷過重，油膜容易破裂而產(chǎn)生軸瓦和軸頸局部干磨擦而使軸瓦溫度升高。為使軸承油膜不致過厚也不致過薄，即不發(fā)生油膜震蕩也不致軸瓦溫度過高，就必須找出油膜厚度與軸承負(fù)載等參數(shù)之間的關(guān)系。  
　　圖1為徑向軸承的幾何關(guān)系。由圖1，可求得軸承垂直分力

圖1  徑向軸承的幾何關(guān)系
　　F=μ×v×B×Fy/Ψ2　，　　(1)  
　　F--軸承垂直分力，N； 
　　μ--潤滑油粘度，MPa·s； 
　　Ψ--軸承的相對間隙，Ψ=C/R，mm； 
　　C--軸承的半徑間隙，C=R-r，mm； 
　　R--軸承半徑，mm； 
　　r--軸頸半徑，mm； 
　　B--軸頸工作長度，mm； 
　　v--軸頸圓周速度，v=Rω，mm/s； 
　　Fy--軸承承載因數(shù)； 
　　ω--軸頸角速度，rad/s。
　　Z小油膜厚度為  
　　hmin=C-e，　　(2)  
　　hmin--Z小油膜厚度，mm； 
　　e--軸頸在軸承中心偏心距，mm。  
　　把上述有關(guān)公式代入(1)式中，適當(dāng)整改得
　　F--軸承載荷，F(xiàn)=F0+FB，N； 
　　F0--軸承原有載荷，N； 
　　FB－由調(diào)節(jié)閥開度差引起的載荷，N。           
　　由調(diào)節(jié)閥開度差與作用在軸承上附加載荷的正比關(guān)系，令FB=ΔH/a，其中ΔH為調(diào)節(jié)閥開度差，a為比例因子，則有F=F0+ΔH/a，并代入(3)式，得
　　(4)式揭示了軸承油膜厚度hmin與調(diào)節(jié)閥開度差ΔH之間的關(guān)系，在軸承的承載因數(shù)Fy及μ，ω，R，B等參數(shù)一定的情況下，ΔH越大，hmin就越小，ΔH越小，hmin就越大。
　　對于軸瓦和軸頸之間油膜過薄而引起軸瓦溫度高的問題，一般解決的方法是：增加軸瓦寬度B，調(diào)整各軸承負(fù)荷分配，或更換自位式軸承來適應(yīng)過大的轉(zhuǎn)軸撓度和軸端轉(zhuǎn)角。這些措施涉及到要改變軸承結(jié)構(gòu)型式或者有關(guān)軸承的安裝狀態(tài)，工作量大，費(fèi)用多。而采用改變調(diào)節(jié)閥開度差的方法，可以減小調(diào)節(jié)閥開度差ΔH，其目的是減少軸承負(fù)載FB，繼而降低軸承總載荷F，適當(dāng)增加油膜厚度并減小軸端轉(zhuǎn)角，降低軸瓦溫度。 
　　由于理論計(jì)算存在誤差，油膜厚度也不易直接測量，因此，Z佳的調(diào)節(jié)閥開度差ΔH，Z好通過試驗(yàn)來確定。  
　　2、開度差與軸瓦溫度關(guān)系的試驗(yàn)
　　為了確認(rèn)是否能通過改變調(diào)節(jié)閥開度差降低華能汕頭電廠1號汽輪機(jī)1號軸承的溫度，我們在機(jī)組帶70％和100％額定負(fù)荷工況下，對3號、4號調(diào)節(jié)閥不同開度差與1號軸承瓦溫之間的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)(對1、2號調(diào)節(jié)閥均維持全開狀態(tài)，其開度差為0)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。

表1  3號、4號調(diào)節(jié)閥開度差與1號軸瓦溫度關(guān)系(帶70％額定負(fù)荷)

表2  3號、4號調(diào)節(jié)閥開度差與1號軸瓦溫度關(guān)系(帶100％額定負(fù)荷)
根據(jù)表1表2試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以繪制3號、4號調(diào)節(jié)閥開度差ΔH3，4與1號軸瓦溫度t1間的關(guān)系曲線，如圖2、圖3所示。
 
圖2  70％額定負(fù)荷下，ΔH3，4與 t1關(guān)系試驗(yàn)曲線

　　圖3  100.0％額定負(fù)荷下，ΔH3，4 與t1關(guān)系試驗(yàn)曲線
　　從圖2、圖3中看出，1號軸瓦溫度與3號、4號調(diào)節(jié)閥開度差幾乎成線性關(guān)系，也即ΔH3，4越大，1號軸瓦溫度t1就越高，反之亦然。 
　　根據(jù)1號軸瓦溫度與3號、4號調(diào)節(jié)閥開度差之間的變化規(guī)律，對1號軸瓦溫度高的問題，采取了減小調(diào)節(jié)閥開度差的辦法即調(diào)換3號、4號調(diào)節(jié)閥開啟順序，也即先開4號，后開3號的方法。這樣，原來的ΔH3，4為正值，經(jīng)改變開啟次序后，ΔH3，4為負(fù)值 。為保證調(diào)節(jié)閥特性不受影響，把3號、4號調(diào)節(jié)閥的油動(dòng)機(jī)等相關(guān)部件對換。  
　　3、效果
　　按此方法改進(jìn)后，1號軸瓦溫度由原來的92 ℃下降到65 ℃左右穩(wěn)定運(yùn)行。軸承振動(dòng)變化不大，也沒有發(fā)生油膜振蕩的情況。同時(shí)，由于調(diào)換3號、4號調(diào)節(jié)閥開啟次序之后，ΔH3，4由原來的正值變?yōu)樨?fù)值，但其開度差的值沒有改變(也即調(diào)節(jié)閥的開啟重疊度沒有增大)，沒有帶來額外的節(jié)流損失。實(shí)踐證明，采用改變調(diào)節(jié)閥開度差及開啟順序的方法，使1號軸承溫度高的問題得到圓滿解決，花費(fèi)少，見效快，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 
　　參考文獻(xiàn)：
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